来源：雪球App，作者： 趋势超盈，（https://xueqiu.com/1678663536/324761172）
高K金属栅极（HKMG）工艺技术详解
一、ALD技术路径选择
1. 逻辑器件（FinFET/GAA）：
o 主流方法：Thermal ALD（占85%+）
o 核心优势：
▪ 低缺陷界面（界面态密度<5×10¹⁰cm⁻²·eV⁻¹）
▪ 精确厚度控制（±0.2 Å）
o 典型场景：Intel 4/3节点、台积电N3/N2的HfO₂栅介质沉积
2. DRAM电容结构：
o 混合工艺：Thermal ALD（主介质层） + PEALD（极深宽比修饰）
o 技术突破：
▪ 海力士1β节点在100:1深宽比电容中使用PEALD梯度掺杂HfZrO₄
3. 3D NAND外围电路：
o PEALD主导：低温兼容性（≤400℃）
o 创新应用：
▪ 长江存储Xtacking技术中采用Al-doped HfO₂（k=22）提升选择管性能
二、材料体系与工艺参数
高k介电薄膜
金属栅极构成
三、三大领域的典型应用
1. 先进逻辑器件（FinFET/GAA）
• Intel 20A节点：
o 沉积方案：7周期HfO₂（Thermal ALD）交替Al₂O₃界面层
o 关键指标：EOT=0.52nm，栅漏电降低3个数量级
• 台积电N2工艺：
o 集成创新：HfZrO₄ 2D沟道包裹沉积（实现全环绕栅介质）
2. DRAM柱状电容
• 镁光1γ节点：
o 介质体系：HfO₂/PEALD-Al₂O₃叠层（等效k=29）
o 工艺突破：底部In-Situ等离子体预清洁（提升40%保形性）
• 三星0.1c节点发展：
o 引入3D螺旋电容：PEALD-HfLaO（k=33）结合ALE形貌修正
3. 3D NAND外围电路
• 长江存储Xtacking 3.0：
o 材料创新：PEALD沉积La-HfO₂（<300℃）
o 性能提升：栅控能力增强25%（WL半间距缩至22nm）
• 铠侠BiCS6工艺：
o 存储层Hk介质：ALD-AlN电荷陷阱层（替代传统SiN）
四、工艺挑战与解决方案
五、未来技术前沿
• 二维材料集成：
o 二硫化钼（MoS₂）沟道+HfO₂（ALD异质界面晶格匹配）
• 负电容器件：
o 铁电HZO与HfO₂复合栅介质（实现亚60mV/dec摆幅）
• 原子制造革新：
o ALD单原子催化剂调节功函数（亚埃级精度）
总结：HKMG技术路线已形成Thermal ALD主导、PEALD补充的分工体系。在Hf基材料基础上，梯度掺杂与界面工程成为性能突破关键。随着GAA和3D DRAM持续推进，ALD工艺需在原子级均匀性、极端结构保形性维度不断突破物理极限。